一种UHF RFID标签的天线阻抗调整方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109409156 A(43)申请公布日 2019.03.01

(21)申请号 201811283605.0(22)申请日 2018.10.31

(71)申请人 华大半导体有限公司

地址 201203 上海市浦东新区亮秀路112号

Y1座305室(72)发明人 沈红伟　

(74)专利代理机构 上海智晟知识产权代理事务

所(特殊普通合伙) 31313

代理人 张东梅(51)Int.Cl.

G06K 7/10(2006.01)G06K 19/077(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图3页

()发明名称

一种UHF RFID标签的天线阻抗调整方法(57)摘要

本发明公开了一种一种标签的天线阻抗调整方法，包括：确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响；形成标签灵敏度的等高线；以及根据标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响和标签灵敏度的等高线，确定标签天线阻抗值的范围。

CN 109409156 ACN 109409156 A

权　利　要　求　书

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1.一种标签的天线阻抗调整方法，包括：

确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响；形成标签灵敏度的等高线；以及

根据标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响和标签灵敏度的等高线，确定标签天线阻抗值的范围。

2.如权利要求1所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响包括：

由标签灵敏度Stag分别对天线阻抗实部R和天线阻抗虚部X求偏导，构成矢量梯度D，即

其中梯度D是一个矢量。

3.如权利要求1所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，标签的灵敏度Stag的计算公式如下：

其中Schip是芯片灵敏度，Gtag是标签天线增益，Ztag为标签天线阻抗值，Zchip为标签芯片阻抗值，Zchip*为Zchip的共轭。

4.如权利要求1所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，确定标签天线阻抗值的范围包括使天线阻抗值实部大于芯片阻抗共轭实部。

5.如权利要求1所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，确定标签天线阻抗值的范围包括使天线阻抗值虚部等于芯片阻抗值共轭虚部。

6.如权利要求1所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，天线阻抗的实部为芯片阻抗共轭的实部加△R，天线阻抗的虚部为芯片阻抗共轭的虚部加或减△X。

7.如权利要求6所述的标签的天线阻抗调整方法，其特征在于，△R在在10到30的范围内；△X在0到10的范围。

8.一种用于调整天线阻抗的系统，包括：存储器，所述存储器存储机器可执行指令；以及处理器，所述处理器用于执行权利要求1至7中任一项所述方法。

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一种UHF RFID标签的天线阻抗调整方法

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技术领域

[0001]本发明涉及涉及UHF RFID标签设计领域，尤其涉及一种能够提高UHF RFID标签量产稳定性的天线阻抗调整方法。

背景技术

[0002]RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。超高频射频识别UHF RFID技术是一种非接触式的自动识别技术。UHF RFID技术在物流、制造、医疗、运输、零售、国防等等方面得到了广泛应用。UHF RFID分为标签和阅读器。标签由标签天线和标签芯片构成。[0003]在UHF RFID标签大量生产过程中，由于生产工艺的偏差，导致标签的灵敏度出现了偏差，降低了稳定性，使得成品率降低。[0004]因此如何提高UHF RFID标签量产稳定性是本领域需要解决的难题。发明内容

[0005]本发明提出了一种增强超高频RFID标签反射功率的方法，包括：[0006]确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响；[0007]形成标签灵敏度的等高线；以及

[0008]根据标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响和标签灵敏度的等高线，确定标签天线阻抗值的范围。

[0009]在本发明的一个实施例中，确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响包括：

[0010]由标签灵敏度Stag分别对天线阻抗实部R和天线阻抗虚部X求偏导，构成矢量梯度D，即

[0011][0012]

其中梯度D是一个矢量，梯度D绝对值大的地方，说明标签天线阻抗值Ztag对Stag影响大；梯度D绝对值小的地方，说明标签天线阻抗值Ztag对Stag影响小。[0013]在本发明的一个实施例中，标签的灵敏度Stag的计算公式如下：

[0014]

其中Schip是芯片灵敏度，Gtag是标签天线增益，Ztag为标签天线阻抗值，Zchip为标签芯片阻抗值，Zchip*为Zchip的共轭。[0016]在本发明的一个实施例中，确定标签天线阻抗值的范围包括使天线阻抗值实部大于芯片阻抗共轭实部。

[0017]在本发明的一个实施例中，确定标签天线阻抗值的范围包括使天线阻抗值虚部等

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[0015]

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于芯片阻抗值共轭虚部。

[0018]在本发明的一个实施例中，天线阻抗的实部为芯片阻抗共轭的实部加△R，△R在在10到30的范围内，天线阻抗的虚部为芯片阻抗共轭的虚部加或减△X，△X在0到10的范围内。

附图说明

[0019]为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

[0020]图1示出标签灵敏度梯度图。[0021]图2示出标签灵敏度的等高线。

[0022]图3为标签灵敏度等梯度和等高线图。

[0023]图4示出根据本发明的一个实施例的提高UHF RFID标签量产稳定性的天线阻抗调整方法的流程图。

[0024]图5示出天线阻抗实部和芯片阻抗实部示意图。[0025]图6为本发明的实施效果图。

具体实施方式

[0026]在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。[0027]在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。[0028]在标签的工作过程中，标签灵敏度是衡量标签性能的重要参数。在量产过程中，由于标签芯片阻抗值的偏差，标签灵敏度会发生变化。本发明提出一种能够提高UHF RFID标签量产稳定性的天线阻抗调整方法，通过该方法能够使天线阻抗的波动对标签灵敏度的影响较小，提高量产稳定性。

[0029]首先介绍本发明公开的提高UHF RFID标签量产稳定性的天线阻抗调整方法的工作原理。频段对芯片阻抗、天线阻抗、灵敏度梯度图、灵敏度等高线等都有影响。对于RFID芯片和天线来说，基本所有的电参数都是频率的函数。然而，RFID芯片和天线通常工作在一个频段内，以下计算假设标签处于工作频段内，因此忽略工作频率这一参数。[0030]标签的主要性能指标是标签的灵敏度Stag，标签的灵敏度Stag的计算公式如下：[0031]Stag＝Schip-Gtag+Mloss   [1][0032]其中Schip是芯片灵敏度，Gtag是标签天线增益，Mloss是匹配损失。

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CN 109409156 A[0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039]

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匹配损失Mloss的计算公式如下：Mloss＝-10log(1-|Γ|2)   [2]其中反射系数为：

其中Ztag为标签天线阻抗值，Zchip为标签芯片阻抗值，Zchip*为Zchip的共轭。将上述的公式[1]至[3]合并，如下：

在标签的量产过程中，主要的偏差是由标签天线阻抗值Ztag的偏差引起的。所以，

需要研究标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签的灵敏度Stag的影响。[0041]标签天线阻抗值Ztag是一个复数，具有实部和虚部，即[0042]Ztag＝R+jX

[0043]其中R是标签天线阻抗值Ztag的实部，X是标签天线阻抗值Ztag的虚部。[0044]所以标签天线阻抗值Ztag的偏差包括了实部R和虚部X的偏差。[0045]标签天线阻抗值Ztag的偏差对Stag的影响，可以用梯度D来研究。根据定义，梯度D由标签灵敏度Stag分别对天线阻抗实部R和天线阻抗虚部X求偏导，构成矢量梯度D，即

[0046]

[0040]

梯度D是一个矢量，梯度D绝对值大的地方，说明标签天线阻抗值Ztag对Stag影响大，量产会出现大的偏差，稳定性低；梯度D绝对值小的地方，说明标签天线阻抗值Ztag对Stag影响小，量产出现的偏差小，稳定性高。[0048]图1示出标签灵敏度梯度图。图1的x轴是天线阻抗Ztag实部，y轴是天线阻抗Ztag虚部。梯度D用箭头a2表示，箭头方向代表梯度D的方向，箭头长度代表梯度D的大小。五角星a1代表芯片阻抗共轭Zchip*,当天线阻抗等于芯片阻抗共轭时，有反射系数为0，从而Mloss为0，标签灵敏度达到最高。

[0049]将标签灵敏度相同的点连线，可以画出标签灵敏度的等高线b2，如图2所示。[0050]根据图1和图2可知：[0051]a)标签灵敏度最高的点，天线阻抗应等于芯片阻抗共轭。[0052]b)天线阻抗值实部大于芯片阻抗共轭实部，即在五角星的右边，代表梯度值的箭头较小，等高线稀疏。说明天线阻抗如果落在这个区域。天线阻抗的波动对标签灵敏度的影响较小，量产稳定性较高。

[0053]c)天线阻抗值实部小于芯片阻抗值共轭实部，即在五角星的左边，代表梯度值的箭头较大，等高线密集。说明天线阻抗如果落在这个区域。天线阻抗的波动对标签灵敏度的影响较大，量产稳定性较低。

[00]d)天线阻抗值虚部大于或者小于芯片阻抗值共轭虚部，即在五角星的上面和下面，代表梯度值的箭头和等高线上下对称。说明天线阻抗虚部应等于芯片阻抗值共轭虚部。[0055]标签量产结果，将不可避免的出现天线实部和虚部的波动。所以，天线阻抗结果将是分布在一个区域内，而不是一个点。所以如果，将天线阻抗的中心值设计在等于芯片阻抗

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[0047]

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共轭，即天线阻抗出现在五角星位置，将不可避免的出现某些天线阻抗出现在五角星的左边不稳定区域。[0056]所以，为了避免这个问题，本发明的实施方法如下：[0057]天线阻抗的实部，应略大于芯片阻抗共轭；[0058]天线阻抗的虚部，应等于芯片阻抗共轭；[0059]即天线阻抗位置，应设计在五角星位置的靠右面一点。即图3中，虚线圆c4所在位置。虚线圆c4即为稳定区域。例如，天线阻抗的实部为芯片阻抗共轭的实部加△R，△R在在10到30的范围内，天线阻抗的虚部为芯片阻抗共轭的虚部加或减△X，△X在0到10的范围内。[0060]相应的，本发明的结果将导致标签灵敏度偏离最高灵敏度，形成一定的灵敏度损失。但是，可以看出因为五角星右边的等高线稀疏，所以灵敏度变化缓慢，所以造成的灵敏度损失不大。

[0061]图4示出根据本发明的一个实施例的提高UHF RFID标签量产稳定性的天线阻抗调整方法的流程图。[0062]首先，在步骤401，确定标签天线阻抗值Ztag的偏差对标签灵敏度Stag的影响。具体而言，标签的灵敏度Stag的计算公式如下：

[0063][00][0065][0066][0067][0068]

其中Ztag为标签天线阻抗值，Zchip为标签芯片阻抗值，Zchip*为Zchip的共轭。

标签天线阻抗值Ztag是一个复数，具有实部和虚部，即Ztag＝R+jX

其中R是标签天线阻抗值Ztag的实部，X是标签天线阻抗值Ztag的虚部。由标签灵敏度Stag分别对天线阻抗实部R和天线阻抗虚部X求偏导，构成矢量梯度

D，即

[0069]

然后，将标签灵敏度相同的点连线，可以画出标签灵敏度的等高线。

[0071]接下来，在步骤402，根据矢量梯度D和标签灵敏度的等高线，确定天线阻抗值的范围。具体而言，当天线阻抗应等于芯片阻抗共轭时，标签灵敏度最高。当天线阻抗值实部大于芯片阻抗共轭实部时，即在五角星的右边，代表梯度值的箭头较小，等高线稀疏。说明天线阻抗如果落在这个区域。天线阻抗的波动对标签灵敏度的影响较小，量产稳定性较高。当天线阻抗值实部小于芯片阻抗值共轭实部时，即在五角星的左边，代表梯度值的箭头较大，等高线密集。说明天线阻抗如果落在这个区域。天线阻抗的波动对标签灵敏度的影响较大，量产稳定性较低。当天线阻抗值虚部大于或者小于芯片阻抗值共轭虚部时，即在五角星的上面和下面，代表梯度值的箭头和等高线上下对称。说明天线阻抗虚部应等于芯片阻抗值共轭虚部。例如，天线阻抗的实部为芯片阻抗共轭的实部加△R，△R在在10到30的范围内，天线阻抗的虚部为芯片阻抗共轭的虚部加或减△X，△X在0到10的范围内。[0072]在本发明的实施例中，因为标签工作在一个频段内，所以在工作频段内，应使得天线阻抗值落在芯片阻抗值共轭的右边。图5示出天线阻抗实部和芯片阻抗实部示意图，其中

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[0070]

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x轴为频率，y轴为阻抗实部。曲线d1为Zchip＝4000ohm||0.61pF的实部，曲线d2为所设计天线的实部。如图4所示，在860MHz-960MHz频段，天线阻抗实部值大于芯片阻抗实部值。[0073]本发明实施的技术效果如图6所示，在工作频段，大量标签的灵敏度测试值基本重合，波动小稳定度高。而在非工作频段，大量标签的灵敏度测试值不能够重合，波动大稳定度低。

[0074]本发明的方法，通过设定天线阻抗的设计目标区域，使得标签量产稳定性获得了提升，具有一定的先进性。

[0075]下面参照本发明的附图结合具体实施例更详细的描述出本发明的一个实施例。[0076]所用芯片阻抗值为Zchip＝4000ohm||0.61pF。在频点920MHz，有Zchip＝20-j282ohm。芯片灵敏度Schip＝-16dBm,天线增益Gtag取偶极子天线增益2.1dBi.[0077]天线阻抗值实部值范围从0-140ohm，虚部值范围从200-340ohm，虚部和实部取值范围相同，对天线阻抗进行遍历。[0078]在图1中，x轴为天线阻抗实部，y轴为天线阻抗虚部，对天线阻抗进行遍历。五角星a1为芯片共轭阻抗位置，Zchip*＝20+j282ohm。箭头a2为梯度D，箭头的大小和方向即梯度D的大小和方向。

[0079]在图2中，x轴为天线阻抗实部，y轴为天线阻抗虚部，对天线阻抗进行遍历。五角星b1为芯片共轭阻抗位置，Zchip*＝20+j282ohm。b2为标签灵敏度的等高线。[0080]从图1和图2可以看出，天线阻抗小于20ohm，则梯度增大，等高线密集，处于不稳定范围。天线阻抗实部大于20ohm，则梯度减小，等高线稀疏，处于稳定位置。[0081]在图3中，x轴为天线阻抗实部，y轴为天线阻抗虚部，对天线阻抗进行遍历。五角星c1为芯片共轭阻抗位置，Zchip*＝20+j282ohm。c2为等高线，箭头c3为梯度D，虚线圆c4为天线阻抗建议范围，为稳定区域。[0082]在设计天线时，应将天线阻抗值设计目标定到稳定范围虚线圆c4位置，天线阻抗的实部为芯片阻抗共轭的实部加△R，△R在在10到30的范围内，天线阻抗的虚部为芯片阻抗共轭的虚部加或减△X，△X在0到10的范围内。而不是五角星c1位置。[0083]在图5中，x轴为频率，y轴为阻抗实部。曲线d1为Zchip＝4000ohm||0.61pF的实部，曲线d2为所设计天线的实部。

[0084]可以看到工作频段860MHz-960MHz，曲线d2大于曲线d1，则此频段在图3上的位置位于五角星c1的右边，基本落在虚线圆c4内，符合设计预期。[0085]图6为本发明的实施效果图。在图6中，x轴为频率，y轴为标签灵敏度测试值。图6中的多条曲线为标签灵敏度测试值。可以看到，专利实施效果为：在非工作频段，多条曲线的离散增加，表现为稳定性差。在工作频段，多条曲线基本重合，标签表现为良好的稳定性。[0086]总之，本实施例证明，采用本发明所述方法可以使得量产标签具有良好的稳定性。[0087]在本发明的一些实施例中，本发明公开的方法可通过硬件装置、软件或其任何组合实现。硬件装置的示例可以包括处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器，等等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微型芯片、芯片组，等等。

[0088]软件的示例可以包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机

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器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、进程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、数值、符号，或其任意组合。

[00]一些实施例可例如利用机器可读的存储介质或制品来实现。存储介质可存储指令或指令集，该指令或指令集在被机器执行时可导致机器执行根据实施例的方法和/或操作。这样的机器可包括，例如，任何合适的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器或类似物，且可利用任何合适的硬件和/或软件组合实现。[0090]实施例可包括存储介质或机器可读制品。例如，可包括任何合适类型的存储器单元、存储器设备、存储器制品、存储器介质、存储设备、存储制品、存储介质和/或存储单元，例如，存储器、可移动或不可移动介质、可擦除或不可擦除介质、可写或可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、可录压缩盘(CD-R)、可重写压缩盘(CD-RW)、光盘、磁性介质、磁光介质、可移动存储卡或盘、各种类型的数字通用盘(DVD)、带、带盒等。指令可包括利用任何合适的高级、低级、面向对象、可视、汇编和/或解释编程语言实现的诸如源代码、汇编代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码、加密代码等任何适合类型的代码。

[0091]尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

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